減壓深拔是國內(nèi)外煉油企業(yè)公認(rèn)的節(jié)能降耗和提高綜合效益的有效措施。如何在盡可能多拔出原油中輕餾分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕重不同餾分的精準(zhǔn)分離，一直是煉油業(yè)亟待破解的世界性難題。西安石油大學(xué)、中國石油大學(xué)(華東)、陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安煉油廠等單位經(jīng)過20多年持續(xù)攻關(guān)，開發(fā)出“基于節(jié)能降耗的原油蒸餾精準(zhǔn)分離關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”成果，首創(chuàng)常減壓清晰切割深拔技術(shù)及其配套設(shè)備，通過工藝設(shè)備一體化協(xié)同發(fā)力，促進(jìn)煉化企業(yè)節(jié)能降耗提質(zhì)增效。前不久，該成果獲陜西省科技獎(jiǎng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　多個(gè)技術(shù)“攔路虎”并存

　　作為煉化的龍頭環(huán)節(jié)，原油常減壓蒸餾技術(shù)成熟，但由于處理量大，且需要在較高溫度下操作，一直是耗能大戶。此外，原油常減壓蒸餾的目的是在盡可能多拔出原油中輕餾分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕重不同餾分的精準(zhǔn)分離，但因該裝置內(nèi)各塔均為汽液混相進(jìn)料，實(shí)際閃蒸效率不到75%，且汽提段國內(nèi)外尚無高效提餾專用設(shè)備，造成塔底油切割不清晰。因此，減壓深拔度不足、深拔蠟油質(zhì)量差、高附加值輕質(zhì)油收率低、常減壓能耗高成為煉化企業(yè)的共性難題。

　　西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授張君濤告訴記者，由他和中國石油大學(xué)(華東)重質(zhì)油全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、西安石油大學(xué)特聘教授田原宇牽頭組成的研究團(tuán)隊(duì)，多年來圍繞原油蒸餾精準(zhǔn)分離與節(jié)能深拔技術(shù)及其配套設(shè)備持續(xù)攻關(guān)，早在1996年就率先研發(fā)國際首例NS導(dǎo)向提餾專用塔板原創(chuàng)技術(shù)。

　　但科研道路并不平坦。國內(nèi)外學(xué)界基于氣相分散和液相分散傳質(zhì)模式提出的傳統(tǒng)蒸餾傳質(zhì)理論，按照相界面積最大化理念，僅關(guān)注毫米以上尺度氣液相界面積，尚未考慮界面更新的影響，難以為新型高效分離塔內(nèi)件開發(fā)提供理論指導(dǎo)。此外，現(xiàn)有常減壓裝置存在的塔底油切割不清晰、在降低優(yōu)質(zhì)餾分油收率的同時(shí)增加蒸餾能耗等問題，也是需要攻克的“攔路虎”。

　　目前，代表國際先進(jìn)水平的深拔技術(shù)僅有荷蘭殼牌公司基于空塔噴淋取熱和美國KBC公司基于提高減壓爐出口溫度的減壓深拔技術(shù)，但均存在提高蠟油收率卻增加能耗和蠟油質(zhì)量變差的共性缺陷，渣油制瀝青關(guān)鍵指標(biāo)調(diào)控困難且使用時(shí)存在因輕組分過多產(chǎn)生的“發(fā)煙現(xiàn)象”。

　　協(xié)同創(chuàng)新“一石三鳥”

　　針對這些技術(shù)難點(diǎn)和傳統(tǒng)傳質(zhì)理論的局限性，團(tuán)隊(duì)從基礎(chǔ)研究做起，提出了液相分散—聚并傳質(zhì)新模式，創(chuàng)建以塔內(nèi)件立體空間動(dòng)量傳遞調(diào)控、微納尺度氣液相界面更新傳質(zhì)模型、氣液相分散傳質(zhì)調(diào)控強(qiáng)化方法和塔板與填料體系高效立體耦合方法為基礎(chǔ)的氣液相界面微納尺度更新傳質(zhì)理論，為塔器原創(chuàng)分離設(shè)備研發(fā)和選型提供依據(jù)。

　　同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了NS提餾深拔器、除沫整流進(jìn)料器、高效減壓穿流復(fù)合塔板及系列配套塔內(nèi)件，使氣液傳質(zhì)由毫米尺度提升到微納尺度，傳質(zhì)面積、時(shí)間和更新速率提高2至3個(gè)數(shù)量級(jí)，為原油蒸餾實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分離和節(jié)能深拔提供了有力保障。技術(shù)創(chuàng)新方面，團(tuán)隊(duì)通過工藝設(shè)備一體化協(xié)同整體統(tǒng)籌原油蒸餾裝置，提高原油蒸餾各塔底油切割清晰度和減壓塔閃蒸段真空度，開發(fā)了基于節(jié)能降耗的原油精準(zhǔn)分離成套技術(shù)，首次將蠟油質(zhì)量較差的減壓耗能深拔提升到確保油品質(zhì)量的常減壓節(jié)能深拔。

　　張君濤介紹，這套協(xié)同創(chuàng)新的“組合拳”達(dá)到了常減壓裝置蒸餾深拔、精細(xì)分離與能耗降低“一石三鳥”的效果。與國外同類技術(shù)相比，柴油、蠟油收率分別提高3個(gè)和4~6個(gè)百分點(diǎn)，系統(tǒng)能耗降低20%。

　　科研攻關(guān)期間，這些設(shè)備和工藝?yán)塾?jì)獲授權(quán)發(fā)明專利36件。2021年5月，陜西省化工學(xué)會(huì)組織科技成果鑒定，專家認(rèn)為該成果在常減壓深拔成套技術(shù)及其關(guān)鍵裝備方面創(chuàng)新性顯著，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　工業(yè)應(yīng)用降耗增效

　　據(jù)了解，該成果已在中國石油、中國石化、中國海油、延長石油所屬企業(yè)等43套常減壓/常壓蒸餾系統(tǒng)使用，配套塔內(nèi)件在茂名石化、上海石化、燕山石化等企業(yè)的420座不同類型塔器上成功應(yīng)用，節(jié)能降耗和提質(zhì)增效效果顯著。與目前國內(nèi)普遍使用的F1高效浮閥塔板技術(shù)相比，NS穿流復(fù)合塔板處理能力提高1倍以上，塔板壓降僅為1/6，板效率提高35%以上。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，近3年來，該成果在延長石油延安煉油廠、中海瀝青(營口)有限責(zé)任公司、山東華星石油化工集團(tuán)有限公司3家企業(yè)總計(jì)1000萬噸/年常減壓裝置應(yīng)用后，凈增銷售額33.7億元、利稅8.5億元。

　　田原宇表示，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)完善非平衡級(jí)模型塔板計(jì)算應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件和分離耦合流程模擬軟件開發(fā)，構(gòu)建原油蒸餾精準(zhǔn)分離與節(jié)能深拔強(qiáng)化技術(shù)的評(píng)價(jià)選型標(biāo)準(zhǔn)體系和使用導(dǎo)則，加大原油常減壓精準(zhǔn)分離與節(jié)能深拔技術(shù)推廣應(yīng)用力度，為煉化企業(yè)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效和“油轉(zhuǎn)特”轉(zhuǎn)型升級(jí)提供技術(shù)支撐。